L’ANALYSE DES LUBRIFIANTS

COMETE – Journée technique du 8 juin 2006

B. LABORDE – R. MORAES

Le contrôle d’un lubrifiant en service ne peut fournir des résultats valables et reproductibles que si l’échantillon est prélevé avec une attention particulière :

ETAPE PRELIMINAIRE :

LE PRELEVEMENT

- le prélèvement doit être réalisé pendant le fonctionnement du système ou juste après l’arrêt- si plusieurs échantillons sont nécessaires, ils doivent être préparés à partir d’un échantillon initial.- le fractionnement est préférable à plusieurs prélèvements successifs.

Il faut prélever :

ETAPE PRELIMINAIRE :

LE PRELEVEMENT

- dans des récipients propres et secs- en quantité suffisante- toujours dans les mêmes conditions et si possible par la même personne- étiqueter soigneusement l’échantillon sur le flacon aussitôt le prélèvement effectué.

1° L’état du fluide

2° L’état de la pollution

3° L’état d’usure

Adaptation au systèmeNiveau de performanceAdaptation de l’espacement de vidange

Par des liquidesPar des solidesPar des produits de décomposition

NormaleDangereuseAccidentelle

Elle renseigne sur :

L’ANALYSE DES LUBRIFIANTS

Caractéristiques physico-chimiques du lubrifiant

L’ETAT DU FLUIDE

V = f(T°C)}

K

M1

M2

t

V= K *t = X mm²/s

T°C

Petites molécules = Encombrement faible

Grosses molécules = Encombrement fort

Ecoulement rapide = Faible Viscosité

Ecoulement lent = Forte viscosité

L’indice d’acide IAT

L’indice d’acide total (I.A.T.) mesure le caractère acide du lubrifiant.

Cette valeur est étroitement liée à l’état d’oxydation du fluide. En effet, sous l’effet de la température et de l’oxygène, les lubrifiants s’épaississent et s’acidifient.

Le point éclair

C’est la température à laquelle les premières vapeurs émises par le fluide s’enflamment momentanément en présence d’une source d’ignition.

Une pollution par un fluide plus volatil, entraîne une chute du point éclair.

L’additivation par spectrométrie

La spectrométrie plasma :

Elle permet de déterminer les concentrations, exprimées en ppm (parties par million) des différents éléments (métaux et métalloïdes) présents dans le lubrifiant, soit sous forme d’additifs (Ca, P, Zn) , soit sous forme de particules d’usure métalliques .

L’échantillon préalablement dilué est aspiré par un nébuliseur puis est introduit dans le plasma sous forme de mélange aérosol avec de l’argon. Sous l’action du champ électromagnétique produit par le passage d’un courant alternatif haute fréquence, les atomes d’huile et les particules contaminantes sont excitées et émettent un faisceau de lumière.

L’additivation par spectrométrie

La spectrométrie infra-rouge :

Le spectre infra-rouge d’un produit est l’empreinte digitale de ses différents composants.Il permet de détecter la contamination par d’autres fluides, ainsi que la diminution de la concentration en additifs par décomposition des molécules (additifs antioxydants par exemple).

Les tests tribologiques

Ces tests faisant appel à différentes machines (4 billes, Reichert, …) permettent d’étudier les frottements et de mesurer les propriétés anti-usure et extrême pression d’un lubrifiant.

Vue d’ensemble de la machine REICHERT 73100

Un anneau et un rouleau après utilisation.

L’ETAT DE POLLUTION ET D’USURE

La teneur en eau : méthode KARL FISCHER :

Elle permet de doser des traces d’eau et est basée sur une réaction avec une solution iodée conductrice (dosage électrochimique).

C’est à partir d’une teneur de 0.05 % d’eau que l’on peut détecter, visuellement, une présence d’eau (aspect trouble de l’échantillon). La méthode de Karl Fisher permet de doser des traces d’eau jusqu’à quelques ppm (0.0001%).

LE CONTRÔLE DE LA POLLUTION LIQUIDE

Il n’est pas possible d’éliminer totalement les particules solides au sein d’un circuit hydraulique, mais leur nombre doit être réduit en fonction des spécificités du circuit. Les particules les plus dangereuses sont celles qui ont une taille équivalente aux jeux mécaniques.La parfaite connaissance du nombre de particule contenue dans un fluide participe à l’optimisation de la maintenance d’une machine.

Au laboratoire, le nombre de particules peut-être

déterminé d’une part, par l’analyse gravimétrique

lorsque le circuit ne comporte aucun filtre ou

lorsqu’un dépôt est visible, et d’autre part, par un

comptage de particules.

L’analyse gravimétrique consiste à faire passer une quantité définie de fluide au travers d’une membrane préalablement pesée et dont on connaît la finesse de filtration. Une seconde pesée, après filtration, déterminera la pollution solide globale du fluide.

Le comptage de particules en automatique consiste à faire passer une petite quantité de fluide dans une fenêtre ou chaque particule présente va générer une ombre en présence d’une lumière. Un capteur va compter, définir une dimension pour chaque ombre et faire un classement.

LE CONTRÔLE DE LA POLLUTION SOLIDE

Le classement est de 2 types :

- NAS 1638 défini par un tableau

- Nombre et classe par taille de particules : 5 à 15 µ, 15 à 25 , 25 à 50 µ, 50 à 100 µ, supérieures à 100 µ, puis classe totale du fluide qui reprend la valeur la plus forte.

- ISO 4406 défini suivant l’exemple de résultat 20/18/13

- Ces 3 valeurs caractérisent respectivement le nombre de particules supérieures à : 2 µ, 5 µ et 15 µ. La définition ISO 4406 est moins utilisée que NAS 1638.

LE CONTRÔLE DE LA POLLUTION SOLIDE

LE CONTRÔLE DE LA POLLUTION SOLIDE

- La ferrographie

- Elle consiste à fixer sur une lamelle de verre la contamination par les particules métalliques magnétiques d’un échantillon d’huile puis à en évaluer l’importance ou à en observer la morphologie

- Les particules métalliques magnétiques sont fixées sur une lame en verre sous l’action d’un champ magnétique et positionnées en fonction de leurs dimensions et de leur susceptibilité magnétique. Un système optique permet de mesurer la densité optique des dépôts et d’en déduire les valeurs des critères « L » et « S » caractéristiques des grosses et petites particules présentes dans l’échantillon.

Usure et pollution Analyse par spectrométrie plasma. Seules les particules d’usure inférieures à 2µ sont détectables. 2µ Le tri est qualitatif et quantitatif 5

10µ

15 Domaines du compteur de particules qui définissent une classe par taille

20µ

25 POLLUANTS TYPIQUES

Métaux foncés : Oxydes de fer introduits lors de la construction ou généré par l’usure même du système.

Métaux brillants : Argentés ou dorés, ils sont formés par l’abrasion ou par la cavitation. Leur aspect brillant témoigne d’une détérioration récente d’un composant du système. 50µ

Rouille : Particules ternes de couleur orange –marron souvent présentes dans l’huile provenant de cuve de stockage ou de système contenant de l’eau libre.

Silice : Particules dures et translucides souvent liées à la pollution atmosphérique ou à un manque d’étanchéité au niveau des tiges de vérin, des reniflards des réservoirs.

Fibres et polymères : Cette pollution provient de chiffons de nettoyage, des joints, des écailles de peinture ou du revêtement interne de cuves

100µ Particules visibles : possibilité de définir la pollution globale par gravimétrie

>100 µ La spectrométrie plasma caractérise les particules <2µ, le compteur établie un classement entre 2 et >100µ alors que la gravimétrie englobe la totalité des particules. Par conséquent, ces analyses sont complémentaires et non suffisantes.

Denis Rouchonnat

SOURCES DE POLLUTION

Pollution de construction présente dans :

Cylindres, filtres, fluides, flexibles, moteurs et pompes,

tuyauterie, réservoirs, etc…

Pollution générée :

-Par les composants en mouvement, pompes, moteurs,

etc…

-Par oxydation et décomposition du fluide

Pollution ingérée durant l’entretien :

-Durant les démontages, remontages

-Durant les pleins et appoints

Pollution ingérée de l’environnement :

-Par manque d’étanchéité vis-à-vis de l’atmosphère

-Par respiration au travers de reniflards inefficaces

-Par les tiges de vérin

-Lors de l’ouverture des réservoirs.

MECANISMES DEGENERATION DE LA POLLUTION

TYPE CAUSE PRIMAIRE

1 – USURE PAR ABRASION PARTICULES AU CONTACT DE DEUXSURFACES EN MOUVEMENT

2 - EROSIONPARTICULES EN SUSPENSION DANSUN FLUIDE S’ECOULANT A TRES GRANDE VITESSE

3- ADHERENCE SOUDURE A FROID

4 – USURE PAR CAVITATION DEBIT INSUFFISANT PARVENANTA LA POMPE

5 – USURE PAR CORROSION CHIMIQUE ET ELECTROCHIMIQUE

6 - FATIGUE PARTICULES

DEFAUTS LIES A LA POLLUTIONPARTICULAIRE

LES BOUES MICRONIQUES CAUSENT DES INCIDENTS ET DES PANNES

- Diminution de la résistance à la fatigue des roulements

- Augmentation des jeux de fonctionnement

- Augmentation des fuites internes et de la température

- Diminution du rendement et augmentation de la consommation d’énergie

- Ralentissement du cycle = perte de productivité

- Mauvais temps de réponse

- Valves gommées ou encrassées

JEUX DYNAMIQUES TYPIQUES

Sources : « Wear Control Handbook 1980 »

micromètres

Roulements à rouleaux 0,1 - 1

Paliers lisses 0,5 - 100

Paliers hydrostatiques 1 - 25

Engrenages 0,1 - 1

Joints dynamiques 0,05 – 0,5

Pompes à engrenages pignon/flasque extrémité des dents/corps de pompe

0,5 – 0,5

0,5 – 0,5

Pompes à palettes cote de palette/flasque extrémité de palette/anneau

5 – 13

0,5 – 1

Pompes à piston piston/alésage ®* barillet/plateau de distribution

5 – 40

0,5 – 5Servo-Valves orifice palette/gicleur tiroir/douille ®*

130 – 45018-631-4

Vérins 50 - 250*® : jeu radial

RESULTATS DE LA FILTRATIONDES BOUES MICRONIQUES

Augmentation de 4 à 10 fois de la duréede vie des pompes, y compris des transmissionshydrostatiques

Augmentation de 5 à 100 fois de la duréede vie des électro-distributeurs

Elimination du gommage des distributeurset des électro-distributeurs

Augmentation de la durée de vie du fluidepar réduction de l’oxydation

Extension par 20 de la résistance à lafatigue des roulements à rouleaux

Extension par 10 de la durée de vie despaliers coulissants

BENEFICES ASSOCIES A LA FILTRATION DES BOUES

MICRONIQUES

Première mise en route accélérée

Meilleure disponibilité du système : meilleure

productivité

Réduction des rebuts : meilleure productivité

Réduction des coûts de remplacement des

composants

Réduction des coûts de main-d’œuvre et

d’entretien

Réduction du stock de composants

Réduction des coûts énergétiques

Sécurité accrue

LE CAS PARTICLIER DES FLUIDES D’USINAGE

AQUEUX

Ces lubrifiants constitués principalement d’eau sont particulièrement sensibles et nécessitent un suivi rigoureux.

L’utilisateur doit connaître et savoir L’utilisateur doit connaître et savoir maîtriser un minimum de paramètres utiles maîtriser un minimum de paramètres utiles au contrôle des bains pour assurer des au contrôle des bains pour assurer des conditions d ’usinage optimales et une conditions d ’usinage optimales et une durée de vie prolongée des bains.durée de vie prolongée des bains.

Ces paramètres sont :Ces paramètres sont :

- La concentration des bains- La concentration des bains - le pH de l ’émulsion ou de la solution- le pH de l ’émulsion ou de la solution - la qualité de l ’eau de dilution- la qualité de l ’eau de dilution - l ’état de la pollution physique (copeaux)- l ’état de la pollution physique (copeaux) - l ’état de la contamination biologique - l ’état de la contamination biologique

(bactéries - levures - moisissures - (bactéries - levures - moisissures - champignons)champignons)

LA CONCENTRATION : paramètre fondamental

La concentration d’un fluide de coupe La concentration d’un fluide de coupe représente la teneur en matières actives représente la teneur en matières actives du produitdu produit

Dans un fluide utilisé à 4%, il y a 96% Dans un fluide utilisé à 4%, il y a 96% d’eau et 4% d’huiles, de tensio-actifs, d’eau et 4% d’huiles, de tensio-actifs, inhibiteurs de corrosion, agents de inhibiteurs de corrosion, agents de lubrification,…lubrification,…

Le maintien de la concentration dans le Le maintien de la concentration dans le temps est donc primordial et permet temps est donc primordial et permet d’assurer au fluide ses différentes d’assurer au fluide ses différentes fonctions.fonctions.

La concentration est mesurable par La concentration est mesurable par différentes méthodes :différentes méthodes :

- un cassage acide qui va séparer la partie un cassage acide qui va séparer la partie lipophile (huile) de l’émulsionlipophile (huile) de l’émulsion

- Un dosage pour mesurer la réserve Un dosage pour mesurer la réserve d’alcalinité du fluided’alcalinité du fluide

- Une mesure réfractométrique basée sur la Une mesure réfractométrique basée sur la déviation de la lumière déviation de la lumière

LE pH

Le pH d’un fluide de coupe en service doit être compris entre 8.8 et 9.2. Ce caractère alcalin est le gage des propriétés anti-corrosion du fluide et le protège des attaques microbiologiques.

Une chute de pH alerte sur un début de développement microbiologique qui libèrent au cours de leur métabolisme des composés acides ce qui peut générer :

- Une destabilisation du fluide- Des pertes de pouvoir anticorrosion- Des mauvaises odeurs- La formation de dépôts (filaments, peaux,…)

LE TH

Le TH : « titre hydrotimétrique » : il mesure la dureté de l’eau, c’est à dire la concentration en ions calcium et magnésium :

- TH < 15 : eau douce - TH > 15-20 : eau dure- TH > 30 : eau très dure (« eau calcaire »)

Le TH qui est lié à la qualité de l’eau utilisée influence le Le TH qui est lié à la qualité de l’eau utilisée influence le comportement du fluide de coupe :comportement du fluide de coupe :

- une eau douce favorise le moussage une eau douce favorise le moussage - une eau dure favorise au contraire la formation de une eau dure favorise au contraire la formation de

dépôts ou savons dans le fluide.dépôts ou savons dans le fluide.

L’ETAT DE CONTAMINATION BIOLOGIQUE

1st hour800

2nd hour6 400

3rd hour51 200

4th hour409 600

5th hourmore than 3 mio

La vitesse de développement de la population de micro-organismes dans un fluide contaminé est exponentielle.

Moulds

L’ETAT DE CONTAMINATION BIOLOGIQUE

CHAMPIGNONS

La présence de bactéries ou de champignons est mise en évidence par ensemencement sur des milieux gélosés. Le dénombrement des colonies renseigne sur l’état de contamination de la charge de fluide aqueux.

Pourquoi une maintenance des bains ?

La recherche d ’une meilleure La recherche d ’une meilleure productivité : prolonger la durée de vie productivité : prolonger la durée de vie des bains diminue les coûts de des bains diminue les coûts de production.production.

Conserver des conditions d ’usinage les Conserver des conditions d ’usinage les meilleuresmeilleures

Éviter les phénomènes de corrosion des Éviter les phénomènes de corrosion des pièces et de la machinepièces et de la machine

Éviter les développements biologiques : Éviter les développements biologiques : ne pas favoriser la formation de souches ne pas favoriser la formation de souches et de foyers de développement bactérienset de foyers de développement bactériens

Prolonger la durée de vie des outilsProlonger la durée de vie des outils Travailler dans des conditions d ’hygiène Travailler dans des conditions d ’hygiène

et de sécurité maîtriséeset de sécurité maîtrisées Diminution des volumes de rejetDiminution des volumes de rejet

CONCLUSION

Les analyses permettent un diagnostic

rapide du niveau de performance du fluide

et donc l’adaptation des intervalles de

vidange

Elles apportent une connaissance de

l’état d’usure des composants sensibles

La mesure du niveau de pollution solide

permet de vérifier l’efficacité de la filtration

Un suivi analytique efficace est un outil

très performant dans le cadre d’une

maintenance moderne.

Merci de votre attention.